ALMA pokazuje, jak rodzą się gwiazdy poza Drogą Mleczną
Astronomowie po raz pierwszy zmierzyli, jak rozkładają się masy zarodków gwiazd w obłoku molekularnym w innej galaktyce – w Wielkim Obłoku Magellana, sąsiedzie Drogi Mlecznej.
Nowe obserwacje interferometru ALMA sugerują, że najwcześniejsze etapy narodzin gwiazd przebiegają zaskakująco podobnie jak w naszej Galaktyce, mimo zupełnie innych warunków fizycznych.
Żłobek gwiazd w Wielkim Obłoku Magellana
Zespół kierowany przez badaczy z włoskiego INAF przyjrzał się regionowi 30 Dor-10 w Wielkim Obłoku Magellana – galaktyce karłowatej oddalonej o około 160 tysięcy lat świetlnych od Ziemi.
To fragment słynnej mgławicy Tarantula, jednego z najbardziej ekstremalnych rejonów formowania gwiazd w pobliskim Wszechświecie.
ALMA pracowała tu na granicy swoich możliwości, osiągając rozdzielczość kątową rzędu 0,05 sekundy łuku, co odpowiada mniej więcej 2000 jednostek astronomicznych w badanym obłoku.
Dzięki temu udało się rozpikselować molekularną chmurę na dziesiątki gęstych jąder – małych, zimnych grudek gazu i pyłu, z których dopiero mają narodzić się pojedyncze gwiazdy lub ich układy.
Co to jest funkcja masy jądra?
Podstawowym celem było wyznaczenie tzw. funkcji masy jądra (core mass function, CMF) – czyli statystycznego rozkładu mas tych gęstych zagęszczeń gazu.
To odpowiednik słynnej funkcji masowej gwiazd (IMF), która opisuje, ile rodzi się gwiazd małomasywnych, a ile bardzo masywnych, ale przesunięty o krok wcześniej – na etap przedzapłonowy.
W 30 Dor-10 zidentyfikowano 70 gęstych jąder skupionych w czterech protogromadach, a ich masy zmierzono na podstawie emisji ciągłej w zakresie milimetrowym.
Następnie badacze porównali kształt tej funkcji masy z CMF i IMF znanymi z obłoków w Drodze Mlecznej, gdzie takie pomiary wykonywano od lat.
Zaskakująco znajomy rozkład mas
Okazało się, że CMF w 30 Dor-10 bardzo przypomina rozkłady mierzone w obłokach naszej Galaktyki i jest zgodna z klasycznym prawem Salptera dla mas większych jąder.
Innymi słowy: stosunek liczby ciężkich i lekkich zarodków gwiazd jest w tej obcej galaktyce niemal taki sam, jak w dużo spokojniejszych obłokach Drogi Mlecznej.
To wynik o tyle zaskakujący, że Wielki Obłok Magellana ma wyraźnie niższą metaliczność, inną dynamikę gazu i silniejsze pola promieniowania oraz jonizacji niż nasza Galaktyka.
Mimo to najwcześniejsza fragmentacja obłoku – etap, w którym chmura rozpada się na gęste jądra – wydaje się podlegać tym samym prawom fizycznym co u nas.
Jak udało się potwierdzić naturę tych obiektów?
Żeby upewnić się, że ALMA rzeczywiście widzi młode jądra gwiazdotwórcze, a nie np. gorący, zjonizowany gaz, zespół połączył dane z kilkoma innymi obserwatoriami.
Wykorzystano archiwalne obrazy z Kosmicznego Teleskopu Hubble’a i Kosmicznego Teleskopu Jamesa Webba, które pomagają rozróżnić obszary zdominowane przez jasne, masywne gwiazdy od chłodniejszych stref molekularnych.
Analiza wskazuje, że zidentyfikowane jądra są bardzo młode i jeszcze we wczesnym stadium akrecji – to faktyczne ziarna przyszłych gwiazd, a nie już w pełni uformowane obiekty.
Dzięki wysokiej rozdzielczości przestrzennej i czułości ALMA można było rozdzielić struktury na skalach sub-parsekowych, co do tej pory było możliwe głównie w obłokach naszej Galaktyki.
Czy narodziny gwiazd są uniwersalne?
W modelach kosmologicznych i symulacjach ewolucji galaktyk często zakłada się, że kształt początkowej funkcji masowej gwiazd (IMF) jest prawie uniwersalny – choć dotąd było to słabo sprawdzone poza Drogą Mleczną.
Nowy wynik sugeruje, że przynajmniej na poziomie jąder molekularnych proces fragmentacji obłoków faktycznie może być dość niezależny od środowiska galaktycznego.
To ważne, bo IMF wpływa na niemal wszystko: od liczby supernowych i ilości produkowanych metali, po jasność populacji gwiazd na wczesnych etapach historii Wszechświata.
Jeżeli CMF i IMF są podobne w różnych galaktykach, uproszczone założenia w dużych symulacjach mogą być bliższe prawdy, niż do tej pory sądzono.
Kolejny krok: katalog narodzin gwiazd w innych galaktykach
Badanie 30 Dor-10 nie jest pojedynczym eksperymentem, lecz częścią większych programów ALMA, takich jak ALMA‑IMF czy ALMAGAL, których celem jest systematyczne mapowanie obłoków molekularnych w wielu środowiskach.
W przyszłości podobne analizy CMF w innych pobliskich galaktykach pozwolą sprawdzić, czy uniwersalność wczesnych etapów formowania gwiazd utrzymuje się także w jeszcze bardziej ekstremalnych warunkach.
Tego typu obserwacje pokazują też, jak bardzo zmieniła się astronomia w ostatnich latach: to, co kiedyś było możliwe tylko w najbliższych obłokach Drogi Mlecznej, dziś wykonuje się rutynowo w odległości setek tysięcy lat świetlnych.
ALMA staje się w ten sposób nie tylko radiowym okiem na zimny Wszechświat, ale i narzędziem do testowania fundamentalnych praw fizyki procesów gwiazdotwórczych w skali kosmicznej.
Źródła
Główne źródło:
- ALMA Observatory, ALMA Witnesses Star Birth Beyond the Milky Way
Źródła kontekstowe:
- ESO / ALMA, „Astronomers map violent star formation in nebula outside our galaxy”,
- ALMA Science Portal, dział „ISM, star formation and astrochemistry”,
- Przeglądowe prace o roli ALMA w badaniach formowania gwiazd i ewolucji galaktyk w młodym Wszechświecie.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
